Đề thi môn vật lí - Khối 11 năm 2015 thời gian làm bài: 180 phút trường THPT chuyên Lê Khiết tỉnh Quảng Ngãi

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ KHIẾT TỈNH QUẢNG NGÃI
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
ĐỀ THI MÔN VẬT LÍ - KHỐI 11
NĂM 2015
Thời gian làm bài: 180 phút
(Đề thi này có 02 trang, gồm 5 câu)
Hình 1
Câu 1. (4 điểm) Tĩnh điện
Các điện tích điểm , đặt tại các điểm có tọa độ ở bên trên một mặt phẳng dẫn điện được nối với đất nằm tại (hình 1). Hãy tìm:
a. lực toàn phần tác dụng lên điện tích ,
b. công thực hiện chống lại các lực tĩnh điện để lắp đặt hệ điện tích này,
c. mật độ điện tích mặt tại điểm có tọa độ .
Câu 2. (5 điểm) Điện từ
Hình 2 
Hai thanh ray đủ dài cách nhau đoạn và nằm trong một mặt phẳng hợp với mặt phẳng ngang góc . Một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa hai thanh ray. Một thanh dẫn có khối lượng , hai đầu luôn tựa lên hai thanh ray và vuông góc với hai thanh ray (hình 2). Bỏ qua điện trở của hai thanh ray, thanh dẫn, chỗ tiếp xúc và bỏ qua mọi ma sát.
a. Nối hai đầu trên của hai thanh ray bởi một điện trở . Thả nhẹ cho thanh dẫn chuyển động. Tìm tốc độ lớn nhất của thanh dẫn.
b. Thay bởi một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm . Thả nhẹ cho thanh dẫn chuyển động. Tìm tốc độ lớn nhất của thanh dẫn.
Câu 3. (4 điểm) Quang hình
Hình 3
Vật là đoạn thẳng, sáng, nhỏ, đặt vuông góc với trục chính của thấu kính phân kì có tiêu cự cần đo. Vật cách đoạn . Sau và cách nó đoạn có đặt màn song song với . Trong khoảng giữa và , đặt thấu kính hội tụ có tiêu cự đồng trục chính với thấu kính (hình 3). Dịch chuyển trong khoảng giữa và thì thấy có hai vị trí của cách nhau mà ảnh thu được rõ nét trên màn .
Tính tiêu cự của thấu kính phân kì .
Câu 4. (4,0 điểm) Dao động cơ
Hình 4
a. Một bán cầu đặc, đồng chất, khối lượng , bán kính , tâm . Chứng tỏ rằng khối tâm của bán cầu cách đoạn .
b. Một thanh cứng, mảnh, khối lượng không đáng kể, dài , có một đầu gắn chặt vào sao cho thanh trùng với trục đối xứng của bán cầu. Hệ bán cầu và thanh đang đứng yên trên một mặt phẳng ngang. Một vật nhỏ, khối lượng , đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc thì va chạm vào đầu của thanh (hình 4). Sau va chạm, vật dính chặt vào đầu . Gia tốc trọng trường là . Cho rằng bán cầu không trượt trên mặt phẳng ngang và ma sát lăn không đáng kể. Với độ lớn của đủ nhỏ, sau va chạm, hệ dao động điều hòa. Tìm chu kì và biên độ góc của hệ.
Câu 5. (3,0 điểm) Phương án thí nghiệm
Cho các dụng cụ sau:
+ một viên bi đồng chất hình cầu có móc treo;
+ một cái cân;
+ một thước kẹp Panme;
	+ một số lò xo nhẹ khác nhau về độ cứng;
	+ một giá treo có thể treo lò xo;
+ một đồng hồ bấm giây;
	+ một cái ly đựng một chất lỏng.
Cho biết ở trong không khí thì các lực ma sát nhớt tác dụng lên viên bi là nhỏ không đáng kể, còn ở trong chất lỏng có hệ số nhớt thì lực ma sát nhớt tác dụng lên viên bi chuyển động với vận tốc tính bởi công thức Stokes
.
Hãy xây dựng cơ sở lý thuyết và từ đó nêu các bước tiến hành thí nghiệm để đo hệ số nhớt của chất lỏng đựng trong ly.
................. HẾT .................
Họ, tên người ra đề:
Đinh Trọng Nghĩa
Chữ kí:
Điện thoại:
0914 907 407
ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN VẬT LÍ KHỐI 11
Câu
Nội dung chính cần đạt
Điểm
1
a. Phương pháp ảnh điện yêu cầu các điện tích , đặt tại các điểm có tọa độ như hình bên.
0,5
Lực điện tổng hợp tác dụng lên điện tích đặt tại , nằm trong mặt phẳng và hướng vào gốc của hệ tọa độ.
0,5
Độ lớn của là .
0,5
b. Chúng ta có thể dựng lại hệ bằng cách đưa từ từ các điện tích và từ vô cực theo các đường đi và đối xứng nhau qua trục , nằm trong mặt phẳng đến các điểm và với phương trình của và lần lượt là
0,5
Khi các điện tích ở tại trên đường và tại trên đường thì từng điện tích chịu tác dụng một lực có hướng của hướng chuyển động sao cho công toàn phần thực hiện bởi các ngoại lực là
. 
0,5
c. Xét điện trường tại điểm ở ngay bên trên mặt phẳng dẫn điện. Điện trường tổng hợp do hệ thứ nhất gồm tại , tại và hệ thứ hai gồm tại , tại lần lượt là
,
. 
0,5
Điện trường toàn phần tại là
.
0,5
Mật độ điện tích mặt tại là
. 
0,5
Câu
Nội dung chính cần đạt
Điểm
2
a. Thành phần của trọng lực làm thanh dẫn chuyển động trượt xuống không ma sát từ trạng thái nghỉ, vận tốc của thanh tăng lên từ 0, thanh chyển động trong từ trường nên trong thanh xuất hiện suất điện động cảm ứng có độ lớn
.
0,5
Vì mạch kín nên trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng có cường độ .
0,5
Lực từ tác dụng lên thanh cản trở chuyển động của thanh và có độ lớn
.
0,5
Lực từ tăng dần đến khi bằng thì thanh dẫn chuyển động thẳng đều và tốc độ của nó đạt giá trị lớn nhất tính bởi hay .
0,5
b. Khi thanh lệch khỏi vị trí ban đầu một khoảng thì nó có vận tốc và gia tốc . Trong thanh xuất hiện suất điện động cảm ứng . Vì mạch kín nên trong mạch có dòng điện cảm ứng chạy qua. Lực từ tác dụng lên thanh ngược chiều chuyển động của thanh và có cường độ . Theo định luật II Newton, ta có
.
0,5
Định luật Ôm cho ta .
0,5
Kết hợp với khi thì suy ra hay .
0,5
Kết hợp hai phương trình trên ta được hay là 
.
0,5
Chú ý điều kiện đầu và vị trí cân bằng hay , phương trình trên có nghiệm với .
0,5
Điều đó chứng tỏ thanh dẫn dao động điều hòa nên tốc độ cực đại của thanh dẫn là
.
0,5
Câu
Nội dung chính cần đạt
Điểm
3
Sơ đồ cách bố trí quang hệ được mô tả như hình bên. Vật sáng qua thấu kính phân kì cho ảnh ảo ().
0,5
Dựa vào hình vẽ ta có
. (1)
0,5
Trong bài toán này, ảnh đóng vai trò là vật thật đối với thấu kính hội tụ , qua cho ảnh thật hứng được trên màn .
0,5
Vì có hai vị trí của cách nhau đoạn mà ảnh hiện rõ nét trên màn (đây là bài toán Bassel) nên tiêu cự của thấu kính liên hệ với các khoảng cách , theo công thức
. (2)
0,5
Thay số , vào phương trình (2) ta được
.
0,5
Giải phương trình này ta được hoặc . Vì nên ta chọn
.
0,5
Thay vào phương trình (1) ta tìm được
.
0,5
Từ đó ta tìm được tiêu cự của thấu kính phân kì là
 . 
0,5
Câu
Nội dung chính cần đạt
Điểm
4
a. Do tính đối xứng, nằm trên trục đối xứng của bán cầu. Chia bán cầu thành nhiều lớp mỏng, mỗi lớp có bề dày . Lớp có tọa độ có bề dày và khối lượng với .
0,5
Vậy .
0,5
b. Trọng tâm của hệ sau khi vật nhỏ dính vào thanh cách một đoạn về phía bán cầu là
. 
0,5
Với dao động bé , phương trình chuyển động quay của hệ quanh trục quay qua là
 với .
0,5
Xét riêng bán cầu, ta có , , , nhỏ nên , suy ra .
Xét riêng vật nhỏ dính vào đầu của thanh, ta có .
Do đó, momen quán tính tổng cộng của hệ đối với trục quay qua là
.
0,5
Chu kì dao động của hệ là .
0,5
Áp dụng định luật bảo toàn momen động lượng ta có
 hay .
0,5
Biên độ góc dao động của hệ là .
0,5
Câu
Nội dung chính cần đạt
Điểm
5
Dao động của con lắc lò xo trong không khí gần đúng là dao động điều hòa với chu kì
 với .
0,5
Dao động của con lắc lò xo trong chất lỏng là dao động tắt dần.
Tại vị trí cân bằng ta có
,
với là độ dãn của lò xo.
0,5
Tại li độ , áp dụng định luật II Newton ta có
hay
,
với và .
0,5
Chọn lựa lò xo có độ cứng sao cho thì dao động của con lắc lò xo trong chất lỏng là dao động tắt dần với “giả chu kì” là
 với . 
0,5
Từ biểu thức tính và ta rút ra được biểu thức tính hệ số nhớt của chất lỏng là
. 
0,5
Dùng cân đo .
Dùng thước kẹp Panme đo .
Cho con lắc lò xo dao động trong không khí và dùng đồng hồ bấm giây đo .
Cho con lắc lò xo dao động trong chất lỏng và dùng đồng hồ bấm giây đo .
Từ đó tính được theo công thức trên.
0,5
Họ, tên:
Đinh Trọng Nghĩa
Chữ kí:
Điện thoại:
0914 907 407